成果简介
微型/纳米电机在医疗和环境应用方面取得了巨大进步。它们能将化学能转化为移动能量，并能以不同的方式执行任务，有利于各种应用。新材料的开发是微型/纳米马达设计的关键点，而石墨烯则是最有前途的候选材料之一。石墨烯具有高迁移率、有效的荧光淬灭能力、大比表面积、与先进材料的良好耦合性、高导电性和优异的机械强度等独特性能，在多个领域产生了巨大影响。
本文，哈佛大学Omid Akhavan、伊朗谢里夫技术大学 Omid Akhavan等研究人员在《Carbon》期刊发表名为“Graphene self-powered micro/nano-robots from fascinating research samples to commercial products: Energy supply mechanisms and bio-sensing applications”的综述，文章反映了基于石墨烯的微型/纳米电机的特点、制造方法以及推进机制，它是未来低成本、高性能材料应用的机遇。
小结
在过去十年中，纳米技术的一个范式转变集中在碳基纳米材料上，这种材料具有影响广泛领域的转化潜力。最近，石墨烯基微型/纳米发动机已成为最有前途的传感、隔离和降解危险材料的工具之一。它们是碳纳米材料在解决重要问题方面的一个非常强大的代表，在环境修复、污染物检测、加速净化过程以及医疗诊断和治疗方面取得了突出的发展。它们在流体传输、成本、可重复使用性、高灵敏度和快速响应速度等方面都取得了先进的发展，因此在环境和生物医学领域都非常有价值。
Table 2. Summarized information regarding graphene-based micro/nano-motors.
| Type of motors | Synthesis approach | Mechanism | Potential applications | Ref |
|---|---|---|---|---|
| zirconia-graphene/Pt hybrid tubular micromotors | electrochemical template synthesis | bubble propulsion | capture and isolation of nerve agents | Singh et al. [47] |
| dye-labeled ssDNA/GO-coated Au tublar nanomotors | template electrosynthesis | ultrasound propelled | Efficient and quick detection of a specific miRNA molecule inside a cell | Ávila et al. [51] |
| GO-based micro/nano-bots | electrochemical deposition | bubble propulsion | The process of capturing, transferring, and removing a heavy metal such as Pb | Vilela et al. [126] |
| GO/Ti/Pt scrolls | a facile chemical method | bubble propulsion | in sensing, surface-enhanced Raman spectroscopy, and drug loading and delivery. | Yao et al. [66] |
| graphene-based micro/nano-motors with an alveolate surface of MnO2 | one-step hydrothermal method | hydrogen peroxide propelled | biomedical applications | Feng et al. [61] |
| graphene coated glass microswimmer | step by step chemical procedure | electric field, chemical potential gradient and external magnetic field propelled | diverse open and confined environments | Kumar et al. [111] |
| balloon-like MnOx–graphene crumples | an evaporation induced self-assembly and ultrasonic spray pyrolysis method | catalytic decomposition of H2O2 into O2 | sensors, drug-loading devices, monitors | Chen et al. [103] |
| nanometer thick graphene engine | Exfoliated ClF3 intercalated graphite | high power volume changeable actuator with LASER acts as the ignition plug | next generation devices | Lee et al. [113] |
石墨烯纳米马达在无毒、不含 H2O2 的环境中运动的第一步已经解决，使它们能够在水中推进。在石墨烯基微型/纳米马达领域最近取得的成就中，解决水中污染物问题以及在复杂的生物环境中航行的能力进一步证明了它们在大规模环境清洁中的价值，并为将它们用作强力制剂奠定了坚实的基础。尽管目前取得了诸多进展，但这一领域仍有许多挑战需要应对。虽然在体内应用方面已经取得了可喜的成果，但这些研究还需要进行论证，以确认所有临床应用的安全性和效率。此外，还需要深入研究和解决以下问题：开发可在更大环境（如河流和海洋）中工作的更大电机；纳米电机、催化剂及其环境之间在提高性能和寿命方面的动态关系；基于石墨烯的设备的结构稳定性以及可升级的生产方法。
图15. 该图展示了基于石墨烯的微型/纳米机械制造在环境和医疗应用领域的发展历程。它突显了将石墨烯与 MOFs 等自推进物体相结合，设计出具有潜在影响力的新型机器的前景。
文献:https://doi.org/10.1016/j.carbon.2024.119659
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